JPH04342814A - 内燃機関の排気フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関、特にディ
ーゼル機関で問題となるカーボン等の排気微粒子を捕集
除去するための排気フィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル機関で問題となるカーボン等
の排気微粒子を、排気系に介装した排気フィルタにて捕
集除去することは従来から考えられており、種々の形式
の排気フィルタが既に提案されている。

【０００３】この排気フィルタの代表的なものは、いわ
ゆる目封じ型フィルタに代表される濾過捕集形式のもの
である。上記目封じ型フィルタは、例えば特開昭５６−
１２４４１７号公報に示されているように、セラミック
ス製のブロックに排気流方向に沿った多数の微細な流路
を形成し、かつ各流路の端部を交互にセラミックスにて
閉塞した構成であって、流路間のセラミックスの隔壁を
排気が通過することにより、排気微粒子を濾過捕集する
ようにしたものである。

【０００４】この濾過捕集形式のものでは、非常に高い
捕集効率が得られる反面、排気微粒子を過剰捕集し易く
、微粒子捕集量がフィルタの焼損限界を越え易い。つま
り、バーナー等を用いた強制再生や排気熱による再生の
時期が多少でも遅れたような場合に、多量の排気微粒子
が急激に燃焼し、フィルタの焼損を招く可能性がある。 しかも焼却除去が不可能なＡｓｈ成分（オイル添加剤の
酸化物等）までも捕集してしまい、いずれは目詰まり状
態に至る可能性がある。

【０００５】そこで、この濾過捕集形式のものに代えて
、付着捕集形式の排気フィルタが提案されている。その
代表例としては、特開昭６２−４５３０９号公報に見ら
れるようなセラミックスの三次元多孔体いわゆるセラミ
ックスフォームをフィルタエレメントとしたものが知ら
れている。このものでは、連続気泡状に形成される複雑
かつ微細な流路を排気ガスが通流する際に、流路壁面に
排気微粒子が付着して捕集されるのであり、その流路が
微粒子粒径に比してかなり大きいことから、過剰捕集は
生じにくく、かつＡｓｈ成分もフィルタ再生後に容易に
ブローオフされる。そして、上記特開昭６２−４５３０
９号公報では、排気が流入する表面積を大きく確保する
ために、セラミックスフォームを円筒状もしくはカップ
状とした構成が示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにセラミッ
クスフォーム等の三次元多孔体を用いた付着捕集形式の
ものでは、排気と直接接触する表面部分での捕集効率が
非常に高いという特徴がある。そのため、単に円筒状も
しくはカップ状とした構成では、捕集密度が排気流方向
で不均一となり易く、排気の入口側となる表面に多量の
排気微粒子がたまってしまい、再生時に局部的に高温と
なる虞れがある。

【０００７】また、このように、局部的に排気微粒子が
多く存在している箇所では、フィルタ材料の表面に排気
微粒子が直接付着せずに、捕集された微粒子の上に更に
排気微粒子が付着した状態となって、その付着強度が弱
いため、機関を急加速したような場合に多量の排気微粒
子が外部へ急激にブローオフし、黒煙となって排出され
るという欠点がある。

【０００８】すなわち、この付着捕集形式のフィルタの
利点を十分に生かすためには、フィルタ内部での緩慢な
ブローオフを許容し、フィルタエレメント全体に広く、
かつより均一に排気微粒子を分布させることが望ましい
。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る内燃機関
の排気フィルタは、触媒を担持した三次元多孔体からな
るフィルタエレメントを、排気流方向に沿って複数枚の
板状のフォーム部材に分割形成し、かつ各フォーム部材
に、排気流方向に沿って細長い多数のスリット状の拡散
孔を多段に配列し、かつ該拡散孔を排気流直交方向に貫
通形成するとともに、排気流直交方向において隣接する
フォーム部材同士の各拡散孔が重ならないように、各フ
ォーム部材の拡散孔位置をずらして配置したことを特徴
としている。

【００１０】

【作用】上記構成では、セラミックスフォームや金属フ
ォーム等の三次元多孔体からなるフィルタエレメント内
に、多数の拡散孔が排気流方向に不連続でかつ多段に配
列された状態に存在する。また各拡散孔は、隣接するフ
ォーム部材同士で重ならない位置にあるので、排気流と
直交する断面で見ると、各拡散孔は個々に独立している
。

【００１１】このフィルタエレメントの一端から排気が
流入すると、初期には、その排気入口側の端面および該
端面に開口する拡散孔の端部に重点的に排気微粒子が捕
集される。しかし、この局部的にたまった排気微粒子は
、排気流によって徐々にブローオフし、フィルタエレメ
ント内に進入する。

【００１２】このとき、排気流は三次元多孔体の肉薄な
部分を多く通ろうとし、つまり拡散孔へ向かって多く流
れる。そして、拡散孔内で拡散するため、その内表面に
排気微粒子が付着捕集される。また、この拡散孔内では
、下流側の端部に排気微粒子が多く集まるが、ここに集
まった排気微粒子は、更に後段の拡散孔へ向かって徐々
にブローオフする。

【００１３】つまり各拡散孔の内表面で効率良く排気微
粒子が捕集されるとともに、ここからフィルタエレメン
ト全体に広く排気微粒子が拡散するようになり、かつ拡
散孔が複数段存在することによって急激な外部へのブロ
ーオフが防止される。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。

【００１５】図１は、この発明に係る排気フィルタの全
体的構成を示す断面図であり、ケーシング１内に略矩形
のフィルタエレメント２が収容されている。

【００１６】上記ケーシング１は例えばディーゼル機関
の排気管の途中に介装されるもので、筒状の本体部１ａ
と角錐状の入口部１ｂおよび出口部１ｃとから構成され
ている。尚、このケーシング１は、上下に２分割されて
形成されており、筒状のフレーム３にて一体化されたフ
ィルタエレメント２を緩衝材４とともに収容した後に、
溶接等により一体化されている。

【００１７】フィルタエレメント２は、触媒を担持した
三次元多孔体例えばセラミックスフォームもしくは金属
フォームからなり、排気流方向と平行な面に沿って複数
枚例えば９枚の板状のフォーム部材に分割形成されてい
る。換言すれば、矩形の板状をなす９枚のフォーム部材
を積層して矩形のブロック状のフィルタエレメント２が
構成され、筒状のフレーム３によって一体に固定されて
いる。そして、上記フォーム部材は、２種類の形状のも
の、つまり第１フォーム部材２Ａと第２フォーム部材２
Ｂとがあり、これが交互に積層されている。

【００１８】図３は、第１フォーム部材２Ａを示したも
ので、図示するように、多数のスリット状の拡散孔５が
排気流直交方向に貫通形成されている。この拡散孔５は
、排気流方向に沿って細長く、かつ板状フォーム部材の
幅方向に沿って一定ピッチＰで多数形成されている。 また、排気流方向に沿って多段（図示例では３段）に配
列されている。このスリット状拡散孔５の両端部は、そ
れぞれ円弧形に形成されている。尚、各拡散孔５の幅Ｘ
は、拡散孔５間の肉厚Ｙよりも僅かに狭く設定されてい
る。

【００１９】また図４は、上記第１フォーム部材２Ａに
交互に積層される第２フォーム部材２Ｂを示したもので
、この第２フォーム部材２Ｂにも、同様に多数のスリッ
ト状拡散孔５が排気流直交方向に貫通形成されている。 この第２フォーム部材２Ｂにおける拡散孔５の配列も基
本的には第１フォーム部材２Ａと同様であり、幅方向に
一定ピッチＰで並べられ、かつ排気流方向に沿って多段
に配列されている。また、その寸法も第１フォーム部材
２Ａのものと等しい。

【００２０】ここで、上記第２フォーム部材２Ｂの拡散
孔５は、第１フォーム部材２Ａの各拡散孔５の位置に対
し、フォーム部材幅方向にＰ／２づつずれた位置に配置
されている。従って、第１，第２フォーム部材２Ａ，２
Ｂを積層した状態においては、図２および図５に示すよ
うに、両部材２Ａ，２Ｂの各拡散孔５が必ず重なり合わ
ない状態となる。

【００２１】従って、フィルタエレメント２全体として
は、図２に示すように、個々に独立した多数の拡散孔５
が、排気流と直交する面で見て互い違いの位置に配置さ
れ、かつこれらが、排気流方向に沿って多段に配列され
た状態となる。

【００２２】上記のように構成された排気フィルタにお
いては、入口部１ｂ側から流入した排気は、セラミック
スフォーム等からなるフィルタエレメント２を通って下
流側へ流れようとし、その間に排気微粒子がフィルタエ
レメント２に付着捕集されるのであるが、先ずフィルタ
エレメント２の入口側端面および該端面に開口する１段
目の拡散孔５内表面に排気微粒子が多く捕集される。

【００２３】そして、拡散孔５内に捕集された排気微粒
子は、図６のように該拡散孔５の下流側端部に多く集ま
るが、排気流はセラミックスフォーム等三次元多孔体の
肉薄な部分を多く通ろうとするため、図７に矢印で示す
ように、後段の拡散孔５へ向かって排気微粒子が拡散し
て行く。尚、後段の上下左右に隣接する拡散孔５に対し
ても一部の排気微粒子は拡散して行く。更に、この拡散
孔５下流側部分の排気微粒子堆積量が増えた状態あるい
は排気流速が大となった状態では、図７に矢印で示すよ
うに、拡散孔５の比較的上流側部分からも周囲へ向かっ
て排気が強く流れ、排気微粒子が拡散して行く。

【００２４】このようにして、排気微粒子は、フィルタ
エレメント２内で順次後段の拡散孔５へ移動して行くと
ともに、各部に広く拡散して行く。

【００２５】すなわち、セラミックスフォーム等からな
るフィルタエレメント２を密なブロック状とした場合に
比して、拡散孔５を備えた上記構成では、排気微粒子が
下流側に緩慢にブローオフし易く、フィルタエレメント
２内部での排気微粒子の分布状態が排気流方向に見て比
較的平均化したものとなる。また、付着捕集の場合、フ
ィルタ外表面での捕集効率が高くなるが、拡散孔５内表
面により実質的な表面積が大となり、かつこの拡散孔５
が複数段に配置されているので、局部的な堆積を防止し
つつ全体としての捕集効率が向上する。尚、排気微粒子
の局部的な堆積が防止されることから、触媒との接触効
率も向上する。

【００２６】そして、機関加速時等に排気流速が急に高
くなっても、排気流が複数段に設けた拡散孔５内で順次
拡散し、そこで排気微粒子が再捕集されるため、排気微
粒子の外部への急激なブローオフを生じることがない。

【００２７】尚、捕集そのものは付着捕集の形で行われ
るため、濾過捕集のような過剰捕集が防止され、またＡ
ｓｈ成分による目詰まりも生じにくい。

【００２８】次に、図８に示す実施例は、交互に積層さ
れる第１フォーム部材２Ａと第２フォーム部材２Ｂとの
間に、該フォーム部材２Ａ，２Ｂと同様のセラミックス
フォーム等からなる薄い板状の仕切板６を介装したもの
である。図９は、この実施例で用いられるフォーム部材
、例えば第１フォーム部材２Ａを示しているが、各拡散
孔５の幅Ｘと、拡散孔５間の肉厚Ｙとが略等しく設定さ
れている。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
に係る内燃機関の排気フィルタによれば、セラミックス
フォーム等の三次元多孔体からなるフィルタエレメント
内に多数の拡散孔を個々に独立した形で散在させること
により、緩慢な内部ブローオフが促進され、比較的均一
にかつ広く排気微粒子を分布させることができる。また
拡散孔により実質的な捕集表面積が拡大するため、局部
的な堆積を防止しつつ捕集効率が高く得られる。そして
、複数段に配置される拡散孔で順次排気の拡散および排
気微粒子の再捕集がなされるので、急加速時の急激なブ
ローオフを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る排気フィルタの一実施例を示す
断面図。

【図２】この実施例のフィルタエレメントのみを示す斜
視図。

【図３】第１フォーム部材の平面図。

【図４】第２フォーム部材の平面図。

【図５】第１フォーム部材と第２フォーム部材とを積層
した状態の説明図。

【図６】拡散孔から後段の拡散孔へ向かう排気微粒子の
拡散状態を示す説明図。

【図７】同じく堆積量が多い場合もしくは高流速時の拡
散状態を示す説明図。

【図８】この発明に係るフィルタエレメントの異なる実
施例を示す斜視図。

【図９】この実施例における第１フォーム部材の平面図
。

【符号の説明】

１…ケーシング ２…フィルタエレメント ２Ａ…第１フォーム部材 ２Ｂ…第２フォーム部材 ５…拡散孔 ６…仕切板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　触媒を担持した三次元多孔体からなる
   フィルタエレメントを、排気流方向に沿って複数枚の板
   状のフォーム部材に分割形成し、かつ各フォーム部材に
   、排気流方向に沿って細長い多数のスリット状の拡散孔
   を多段に配列し、かつ該拡散孔を排気流直交方向に貫通
   形成するとともに、排気流直交方向において隣接するフ
   ォーム部材同士の各拡散孔が重ならないように、各フォ
   ーム部材の拡散孔位置をずらして配置したことを特徴と
   する内燃機関の排気フィルタ。